论文部分内容阅读
摘要：根据长江中下游共41个站点1980—2011年5—10月天气资料以及水稻产量资料，采用年rcGis绘制各个省份高温热害等级图，分析长江中下游地区近32年水稻高温热害的时空分布规律。结果表明：長江中下游地区高温热害分布呈现南多北少、东多西少的趋势，江西北部、浙江南部和湖南中部较为严重。各省份极端温度变化幅度较大，水稻产量与温度变化基本呈反比。
关键词：水稻；高温热害；时空分布；产量；长江中下游
中图分类号： P458；S511文献标志码：
文章编号：1002-1302（2016）08-0097-05
近100年来，由于自然气候波动和人类活动加剧导致的温室效应，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。大量研究表明[1]，气候变暖将是我国未来的变化趋势，极端高温的发生频率也呈现升高的趋势[2-7]，与1961—1990年相比，到2050年中國的年平均气温将增加（2.8±0.5） ℃，未来我国的极端天气事件出现频率也将增加[8]，夏季高温等会频繁出现，且持续时间更长，在全球变暖的情况下，水稻遭遇高温热害概率持续增加[9-10]，如果不采取措施，到21世纪后半期，在高温热害的影响下，小麦、水稻、玉米等几种主要农作物产量可能下降37%，严重威胁我国粮食安全[11]。据报道，气温每升高1 ℃，水稻产量会下降10%[12]，尤其在水稻结实期，温度上升1～2 ℃，产量将下降10%～20%[13]。此外，高温热害不仅会显著降低水稻的产量，其品质也受到影响[14-18]，因此深入地研究高温热害至关重要。
长江流域横跨我国华东、华中、西南等三大经济区，长江中下游地区又是我国水稻主要种植区，而极端天气对长江流域影响极为严重，研究该地区高温的时空分布对水稻产量预警有着极为重要的意义。张倩等研究发现，长江中下游地区高温主要会影响水稻孕穗、开花和灌浆，在高温热害典型年份，早稻与中稻都有高达30%以上的减产[19]。刘伟昌等分析长江中下游水稻生育期内最高温度历史资料发现，各地均有不同程度的高温热害发生， 对宏观把握水稻生产、管理、育种〖LM〗等有一定参考价值[20]。
目前普遍定义水稻的高温热害是指水稻处于孕穗后期和抽穗扬花期，也就是单季稻在7月下旬至8月上旬时，遭遇连续日平均气温≥30 ℃、日最高气温≥35 ℃、同时极端最高气温38 ℃以上、相对湿度70%以下的高温天气，而导致水稻生长发育受阻，部分生理活性受到抑制，多方面生理生态功能都遭到损害，而最终导致减产或严重减产[14]。高温热害指标是研究和了解高温热害发生规律及开展高温热害监测预警、防灾减灾、影响评估等的重要工具，也是评判灾害的标准。目前较多的判别指标是温度和高温持续的时间[21]。
1资料与方法
针对水稻生育期，选取长江中下游6省41个站点1980—2011年5—10月天气资料以及水稻产量资料。处理后的天气数据包括逐日降水量、平均风速、日照时数、平均温度、平均日最高温度、平均日最低温度、平均相对湿度、日最高气温等。水稻资料包括历年总产量及产量，其中缺测数据采用前后年平均值以及线性回归方法获得。本试验就水稻生育期内受高温胁迫情况，利用MATLAB处理数据，以连续3 d日最高气温≥35、37、39 ℃的频数作为轻、中、重度高温（表1）。
2结果与分析
2.1高温热害等级分布情况
图1为长江中下游1980—2011年5—10月水稻高温热害等级空间分布图，整个区域有大部分城市轻度热害发生次数高于100，约一半城市中度热害发生次数在20次以上，部分地区重度热害发生次数也达到了10次，且各等级热害均呈现南部多北部少、东部多西部少的趋势。
轻度高温热害发生频数达到100次以上的地区有安徽省屯溪，湖南省南县、平江、邵阳、武冈、衡阳，江西省大部，浙江南部、鄞县、衢州等，其中，衡阳、修水、赣州、南昌、贵溪、南城、广昌轻度热害总频数高达200次以上。
中度高温热害发生频数达到20次以上的地区有安徽省屯溪，湖北省麻城、武汉、英山，湖南省平江、邵阳、衡阳，江西省大部，浙江省大部，其中，樟树、贵溪、丽水中度热害总频数高达100次以上。
重度高温热害发生总频数达到10次以上的地区有湖南省衡阳，江西省修水、吉安、樟树、贵溪，浙江省鄞县、丽水，其中，丽水重度热害总频数高达50次。
2.2平均最高温度年际变化
为了解整个区域水稻产量受高温影响，分析32年逐年5—10月的年平均最高温度，图2分别为各省的年平均最高温度年代变化，其中年平均最高温度整体趋势为20世纪80年代变化最小，21世纪变化次之，20世纪90年代升降幅度最大。其中，除了江西省的年平均最高温度是呈降低的趋势，其
[FL（2K2]年、1999年、2010年，降幅均达到0.9 ℃以上。
2.3极端温度年际变化
图3为6省32年每年的极端温度，所有省份的极值温度均在35 ℃以上，并且除了江苏省，其他省份基本都在37 ℃以上。其中，江西省和浙江省有23年极端温度均达到39 ℃以上。6个省份整体变化都较大，升降幅度明显。
平均产量达5 000 kg/hm2以上，其他省份均在 30 000 kg/hm2 以下，其中江西省最低，只有16 680.4 kg/hm2。这与图1高温热害等级分布情况相吻合，江苏省热害情况较轻，其产量也最高，江西省高温热害情况严重，且高温地区最多，其产量也在6省中最低。
为了解整个区域水稻产量受高温影响，分析32年逐年5—10月的年平均最高温度与产量的关系，图6为各省水稻产量年际变化，其中大部分省份产量在20世纪80年代均呈缓慢增加趋势，90年代除了安徽省和江西省，变化幅度较小，21世纪除了安徽省和江苏省，变化幅度也较小。结合图2，各省份温度变化对应水稻产量增减情况大致呈现为温度升高，产量下降，以及温度降低，产量增加。其中，只有江西省的年平均最高温度变化总体趋势是呈下降变化的，只有江西省的水稻产量呈逐年增加趋势，其他省份水稻产量的年际变化均呈增减波动变化。
关键词：水稻；高温热害；时空分布；产量；长江中下游
中图分类号： P458；S511文献标志码：
文章编号：1002-1302（2016）08-0097-05
近100年来，由于自然气候波动和人类活动加剧导致的温室效应，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。大量研究表明[1]，气候变暖将是我国未来的变化趋势，极端高温的发生频率也呈现升高的趋势[2-7]，与1961—1990年相比，到2050年中國的年平均气温将增加（2.8±0.5） ℃，未来我国的极端天气事件出现频率也将增加[8]，夏季高温等会频繁出现，且持续时间更长，在全球变暖的情况下，水稻遭遇高温热害概率持续增加[9-10]，如果不采取措施，到21世纪后半期，在高温热害的影响下，小麦、水稻、玉米等几种主要农作物产量可能下降37%，严重威胁我国粮食安全[11]。据报道，气温每升高1 ℃，水稻产量会下降10%[12]，尤其在水稻结实期，温度上升1～2 ℃，产量将下降10%～20%[13]。此外，高温热害不仅会显著降低水稻的产量，其品质也受到影响[14-18]，因此深入地研究高温热害至关重要。
长江流域横跨我国华东、华中、西南等三大经济区，长江中下游地区又是我国水稻主要种植区，而极端天气对长江流域影响极为严重，研究该地区高温的时空分布对水稻产量预警有着极为重要的意义。张倩等研究发现，长江中下游地区高温主要会影响水稻孕穗、开花和灌浆，在高温热害典型年份，早稻与中稻都有高达30%以上的减产[19]。刘伟昌等分析长江中下游水稻生育期内最高温度历史资料发现，各地均有不同程度的高温热害发生， 对宏观把握水稻生产、管理、育种〖LM〗等有一定参考价值[20]。
目前普遍定义水稻的高温热害是指水稻处于孕穗后期和抽穗扬花期，也就是单季稻在7月下旬至8月上旬时，遭遇连续日平均气温≥30 ℃、日最高气温≥35 ℃、同时极端最高气温38 ℃以上、相对湿度70%以下的高温天气，而导致水稻生长发育受阻，部分生理活性受到抑制，多方面生理生态功能都遭到损害，而最终导致减产或严重减产[14]。高温热害指标是研究和了解高温热害发生规律及开展高温热害监测预警、防灾减灾、影响评估等的重要工具，也是评判灾害的标准。目前较多的判别指标是温度和高温持续的时间[21]。
1资料与方法
针对水稻生育期，选取长江中下游6省41个站点1980—2011年5—10月天气资料以及水稻产量资料。处理后的天气数据包括逐日降水量、平均风速、日照时数、平均温度、平均日最高温度、平均日最低温度、平均相对湿度、日最高气温等。水稻资料包括历年总产量及产量，其中缺测数据采用前后年平均值以及线性回归方法获得。本试验就水稻生育期内受高温胁迫情况，利用MATLAB处理数据，以连续3 d日最高气温≥35、37、39 ℃的频数作为轻、中、重度高温（表1）。
2结果与分析
2.1高温热害等级分布情况
图1为长江中下游1980—2011年5—10月水稻高温热害等级空间分布图，整个区域有大部分城市轻度热害发生次数高于100，约一半城市中度热害发生次数在20次以上，部分地区重度热害发生次数也达到了10次，且各等级热害均呈现南部多北部少、东部多西部少的趋势。
轻度高温热害发生频数达到100次以上的地区有安徽省屯溪，湖南省南县、平江、邵阳、武冈、衡阳，江西省大部，浙江南部、鄞县、衢州等，其中，衡阳、修水、赣州、南昌、贵溪、南城、广昌轻度热害总频数高达200次以上。
中度高温热害发生频数达到20次以上的地区有安徽省屯溪，湖北省麻城、武汉、英山，湖南省平江、邵阳、衡阳，江西省大部，浙江省大部，其中，樟树、贵溪、丽水中度热害总频数高达100次以上。
重度高温热害发生总频数达到10次以上的地区有湖南省衡阳，江西省修水、吉安、樟树、贵溪，浙江省鄞县、丽水，其中，丽水重度热害总频数高达50次。
2.2平均最高温度年际变化
为了解整个区域水稻产量受高温影响，分析32年逐年5—10月的年平均最高温度，图2分别为各省的年平均最高温度年代变化，其中年平均最高温度整体趋势为20世纪80年代变化最小，21世纪变化次之，20世纪90年代升降幅度最大。其中，除了江西省的年平均最高温度是呈降低的趋势，其
[FL（2K2]年、1999年、2010年，降幅均达到0.9 ℃以上。
2.3极端温度年际变化
图3为6省32年每年的极端温度，所有省份的极值温度均在35 ℃以上，并且除了江苏省，其他省份基本都在37 ℃以上。其中，江西省和浙江省有23年极端温度均达到39 ℃以上。6个省份整体变化都较大，升降幅度明显。
平均产量达5 000 kg/hm2以上，其他省份均在 30 000 kg/hm2 以下，其中江西省最低，只有16 680.4 kg/hm2。这与图1高温热害等级分布情况相吻合，江苏省热害情况较轻，其产量也最高，江西省高温热害情况严重，且高温地区最多，其产量也在6省中最低。
为了解整个区域水稻产量受高温影响，分析32年逐年5—10月的年平均最高温度与产量的关系，图6为各省水稻产量年际变化，其中大部分省份产量在20世纪80年代均呈缓慢增加趋势，90年代除了安徽省和江西省，变化幅度较小，21世纪除了安徽省和江苏省，变化幅度也较小。结合图2，各省份温度变化对应水稻产量增减情况大致呈现为温度升高，产量下降，以及温度降低，产量增加。其中，只有江西省的年平均最高温度变化总体趋势是呈下降变化的，只有江西省的水稻产量呈逐年增加趋势，其他省份水稻产量的年际变化均呈增减波动变化。